球环过渡异型筒体锻件的制造方法技术

本发明专利技术涉及球环过渡异型筒体锻件的制造方法，球环过渡异型筒体包括连接的球环段和直筒段，其操作步骤为：先设计出中间坯模型，形状为锥形筒；在有限元模拟软件中，建立中间坯模型，对中间坯模型进行轴向挤压，模拟计算出锻造变形后的坯料形状；对比变形结果和球环过渡异型筒体的形状，通过变形情况进行中间坯模型形状修正，直到球环过渡异型筒体所有位置的内、外壁尺寸均位于变形坯模型相应位置尺寸范围内；以上述确定形状锻造出中间坯实体，用锻机镦粗，进行切削修整后得到需要的球环过渡异型筒体锻件。上述锻件制造方法能完整保留锻件的锻造流线，大大提高锻件性能，而且切削加工少，降低材料和加工费用，也无需制造专用工装。

Method for manufacturing spherical ring transition special-shaped cylinder forgings

The invention relates to a manufacturing method of ball shaped ring transition cylinder forgings, the ball shaped ring transition cylinder includes a ball ring section connected and straight tube section, which comprises the following steps: to design an intermediate slab model, shape of cone; in the finite element simulation software, establish the model of intermediate billet, intermediate slab model the axial extrusion simulation, calculate the forging billet shape after deformation; comparison of deformation results and ball ring transition special-shaped barrel shape of intermediate billet shape model is modified by the deformation of the ball until all ring position transition special-shaped barrel inner and outer wall of the size of billet deformation model are located in the corresponding position in size range; these determine the shape of intermediate billet forging forging machine with solid, upsetting, cutting after dressing need to get the ball shaped ring transition cylinder forgings. The manufacturing method of the forging can completely guarantee the forging streamline of the forging, greatly improve the performance of the forging, and the cutting process is less, the material and the processing cost are reduced, and no special tooling is needed.

【技术实现步骤摘要】
球环过渡异型筒体锻件的制造方法
本专利技术涉及锻件制造，具体的是一种球环过渡异型筒体锻件的制造方法。
技术介绍
球环过渡异型筒体是用于容器装备的锻件，其形状如图1所示，是由连接成一体的球环段11和直筒段12形成。其直筒段12即是内外壁平行的圆直筒状，通常会与一段直筒焊接；球环段11外壁为球弧形且与直筒段12外壁相切，通常会与球形封头焊接。这里所谓球弧形即是一个球面被平行的两个平面切割，位于两个平面之间的部分弧面。球环段11内壁也为球弧形，且球环段11壁厚小于或等于所述直筒段12壁厚。上述异形锻件若采用自由锻工艺，实现难度非常大，目前可行的方法主要有两种：一种方法是先根据异型筒形状锻造出大壁厚的圆直筒件，然后通过切削加工，去除多余金属得到球环过渡异型筒体形状，这种工艺切削量大，造成材料浪费严重，而且大大提高机加工成本，同时由于切断了球环段与直筒段的金属锻造流线，对锻件性能影响非常大。另一种方法是先锻造出圆直筒件，然后利用专用工装伸入圆直筒件的通孔内，该专用工装为柱型，柱型的周面设置有凸起，与球环段内壁形状适配，利用该工装进行锻件扩孔，得到球环过渡异型筒体的内壁形状，然后用切削加工得到球环过渡异型筒体的外壁形状。采用本方法，球环段与直筒段的金属流线破坏相对少一些，但锻件性能依然会下降，而且需要根据不同的异型筒制造不同形状的工装，制造成本显著提高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种球环过渡异型筒体锻件的制造方法，几乎能完整保留锻件的本体锻造流线，提高锻件性能。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：球环过渡异型筒体锻件的制造方法，所述球环过渡异型筒体包括连接的球环段和直筒段，所述球环段外壁为球弧形且与直筒段外壁相切，球环段内壁也为球弧形，且球环段壁厚小于或等于所述直筒段壁厚，球环段的端部为异型筒小端，直筒段的端部为异型筒大端，球环过渡异型筒体的轴向高度为h；包括顺序进行的以下步骤：A、设计中间坯模型：所述中间坯模型形状为锥形筒，锥形筒的大端端面外径、壁厚分别与所述异型筒大端尺寸适配，锥形筒轴向高度为h+a，锥形筒外壁母线与轴线的锐夹角为t；B、在有限元模拟软件中，建立所述中间坯模型，在模拟软件中对中间坯模型的上下端面进行轴向挤压，设置轴向压下量为a，在模拟软件中模拟计算出锻造变形后的坯料形状，得到变形坯模型，中间坯模型的小直径段变形后的部分为模拟球环段，中间坯模型的大直径段变形后的部分为模拟直筒段；C、对比变形坯模型和球环过渡异型筒体的形状，并修正中间坯模型形状：当模拟球环段的外壁尺寸小于所述球环段的相应位置尺寸，减小t，当模拟球环段的内壁尺寸大于所述球环段的相应位置尺寸，增大t，直到球环段内、外壁尺寸分别位于模拟球环段的相应位置尺寸范围内；当模拟直筒段与模拟球环段结合处的内壁尺寸，或者模拟直筒段的内壁尺寸大于球环过渡异型筒体的相应位置尺寸，减小a，当模拟直筒段与模拟球环段结合处的外壁尺寸，或者模拟直筒段的外壁尺寸小于球环过渡异型筒体的相应位置尺寸，增大a；直到球环过渡异型筒体所有位置的内、外壁尺寸均位于变形坯模型相应位置尺寸范围内，得到确定好的中间坯模型尺寸；否则重复所述调整t和调整a的步骤进行修正；D、以确定好的中间坯模型尺寸锻造出中间坯实体，以确定好的a为压下量，用压机对中间坯实体进行镦粗，对镦粗后的锻件多余部分进行切削修整，得到需要的球环过渡异型筒体锻件。球环过渡异型筒体锻件的制造方法，所述球环过渡异型筒体包括连接的球环段和直筒段，所述球环段外壁为球弧形且与直筒段外壁相切，球环段内壁也为球弧形，且球环段壁厚小于或等于所述直筒段，球环段的端部为异型筒小端，直筒段的端部为异型筒大端，球环过渡异型筒体的轴向高度为h；所述直筒段外径为4100mm，壁厚为460mm，h＝2100mm，球环段与直筒段的轴向长度比值为0.7：1；包括顺序进行的以下步骤：锻造出中间坯实体，所述中间坯实体形状为锥形筒，锥形筒的大端端面外径为4100mm，壁厚为465mm，锥形筒轴向高度为2300mm，锥形筒母线与轴线夹角为4°，用压机以压下量为200mm对中间坯实体进行镦粗，对镦粗后的锻件多余部分进行切削修整，得到需要的球环过渡异型筒体锻件。进一步的，所述中间坯实体的材质为20钢、35钢、16Mn钢、20Mn钢、16MND5钢、18MND5钢、SA508系列钢、20MnMo钢、20MnNiMo钢、20MnMoNb钢、2.25Cr-1Mo钢、14Cr1Mo钢、35CrMo钢、15CrMo钢或2.25Cr-1Mo-0.25V钢。本专利技术的有益效果是：上述球环过渡异型筒体锻件的制造方法，先在软件中设计出中间坯模型，中间坯模型为锥形筒状，然后在有限元模拟软件中模拟对中间坯上下端面挤压变形，并根据变形结果修正中间坯模型的高度、锥度和压下量，直到变形结果与需要的球环过渡异型筒体形状一致。则以最终确定的中间坯模型尺寸锻造出中间坯实体，随后进行镦粗加工，经少量切削修正后得到需要的球环过渡异型筒体锻件。上述锻件制造方法几乎能完整保留锻件的本体锻造流线，大大提高锻件性能，而且切削加工少，能降低材料和加工费用，也无需制造专用工装，能显著降低制造成本。附图说明图1是球环过渡异型筒体锻件的剖面示意图；图2是中间坯模型的剖面示意图；图3是在有限元模拟软件中进行中间坯模型轴向挤压的变形示意图，为变形结果一；图4是在有限元模拟软件中进行中间坯模型轴向挤压的变形示意图，为变形结果二；图5是在有限元模拟软件中进行中间坯模型轴向挤压的变形示意图，为变形结果三；图6是在有限元模拟软件中进行中间坯模型轴向挤压的变形示意图，为变形结果四；图7是在有限元模拟软件中进行中间坯模型轴向挤压的变形示意图，为变形结果五；图中附图标记为：球环过渡异型筒体1、球环段11、直筒段12、异型筒小端13、异型筒大端14、中间坯模型2、变形坯模型3、模拟球环段31、模拟直筒段32、压板5。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明：球环过渡异型筒体锻件的制造方法，所述球环过渡异型筒体1包括连接的球环段11和直筒段12，所述球环段11外壁为球弧形且与直筒段12外壁相切，球环段11内壁也为球弧形，且球环段11壁厚小于或等于所述直筒段12壁厚，球环段11的端部为异型筒小端13，直筒段12的端部为异型筒大端14，球环过渡异型筒体1的轴向高度为h；包括顺序进行的以下步骤：A、设计中间坯模型2：所述中间坯模型2形状为锥形筒，锥形筒的大端端面外径、壁厚分别与所述异型筒大端14尺寸适配，锥形筒轴向高度为h+a，锥形筒外壁母线与轴线的锐夹角为t；B、在有限元模拟软件中，建立所述中间坯模型2，在模拟软件中对中间坯模型2的上下端面进行轴向挤压，设置轴向压下量为a，在模拟软件中模拟计算出锻造变形后的坯料形状，得到变形坯模型3，中间坯模型2的小直径段变形后的部分为模拟球环段31，中间坯模型2的大直径段变形后的部分为模拟直筒段32；C、对比变形坯模型3和球环过渡异型筒体1的形状，并修正中间坯模型2形状：当模拟球环段31的外壁尺寸小于所述球环段11的相应位置尺寸，减小t，当模拟球环段31的内壁尺寸大于所述球环段11的相应位置尺寸，增大t，直到球环段11内、外壁尺寸分别位于模拟球环段31的相应位置尺本文档来自技高网...

【技术保护点】
球环过渡异型筒体锻件的制造方法，所述球环过渡异型筒体(1)包括连接的球环段(11)和直筒段(12)，所述球环段(11)外壁为球弧形且与直筒段(12)外壁相切，球环段(11)内壁也为球弧形，且球环段(11)壁厚小于或等于所述直筒段(12)壁厚，球环段(11)的端部为异型筒小端(13)，直筒段(12)的端部为异型筒大端(14)，球环过渡异型筒体(1)的轴向高度为h；其特征在于，包括顺序进行的以下步骤：A、设计中间坯模型(2)：所述中间坯模型(2)形状为锥形筒，锥形筒的大端端面外径、壁厚分别与所述异型筒大端(14)尺寸适配，锥形筒轴向高度为h+a，锥形筒外壁母线与轴线的锐夹角为t；B、在有限元模拟软件中，建立所述中间坯模型(2)，在模拟软件中对中间坯模型(2)的上下端面进行轴向挤压，设置轴向压下量为a，在模拟软件中模拟计算出锻造变形后的坯料形状，得到变形坯模型(3)，中间坯模型(2)的小直径段变形后的部分为模拟球环段(31)，中间坯模型(2)的大直径段变形后的部分为模拟直筒段(32)；C、对比变形坯模型(3)和球环过渡异型筒体(1)的形状，并修正中间坯模型(2)形状：当模拟球环段(31)的外壁尺寸小于所述球环段(11)的相应位置尺寸，减小t，当模拟球环段(31)的内壁尺寸大于所述球环段(11)的相应位置尺寸，增大t，直到球环段(11)内、外壁尺寸分别位于模拟球环段(31)的相应位置尺寸范围内；当模拟直筒段(32)与模拟球环段(31)结合处的内壁尺寸，或者模拟直筒段(32)的内壁尺寸大于球环过渡异型筒体(1)的相应位置尺寸，减小a，当模拟直筒段(32)与模拟球环段(31)结合处的外壁尺寸，或者模拟直筒段(32)的外壁尺寸小于球环过渡异型筒体(1)的相应位置尺寸，增大a；直到球环过渡异型筒体(1)所有位置的内、外壁尺寸均位于变形坯模型(3)相应位置尺寸范围内，得到确定好的中间坯模型(2)尺寸；否则重复所述调整t和调整a的步骤进行修正；D、以确定好的中间坯模型(2)尺寸锻造出中间坯实体，以确定好的a为压下量，用压机对中间坯实体进行镦粗，对镦粗后的锻件多余部分进行切削修整，得到需要的球环过渡异型筒体(1)锻件。...

【技术特征摘要】
1.球环过渡异型筒体锻件的制造方法，所述球环过渡异型筒体(1)包括连接的球环段(11)和直筒段(12)，所述球环段(11)外壁为球弧形且与直筒段(12)外壁相切，球环段(11)内壁也为球弧形，且球环段(11)壁厚小于或等于所述直筒段(12)壁厚，球环段(11)的端部为异型筒小端(13)，直筒段(12)的端部为异型筒大端(14)，球环过渡异型筒体(1)的轴向高度为h；其特征在于，包括顺序进行的以下步骤：A、设计中间坯模型(2)：所述中间坯模型(2)形状为锥形筒，锥形筒的大端端面外径、壁厚分别与所述异型筒大端(14)尺寸适配，锥形筒轴向高度为h+a，锥形筒外壁母线与轴线的锐夹角为t；B、在有限元模拟软件中，建立所述中间坯模型(2)，在模拟软件中对中间坯模型(2)的上下端面进行轴向挤压，设置轴向压下量为a，在模拟软件中模拟计算出锻造变形后的坯料形状，得到变形坯模型(3)，中间坯模型(2)的小直径段变形后的部分为模拟球环段(31)，中间坯模型(2)的大直径段变形后的部分为模拟直筒段(32)；C、对比变形坯模型(3)和球环过渡异型筒体(1)的形状，并修正中间坯模型(2)形状：当模拟球环段(31)的外壁尺寸小于所述球环段(11)的相应位置尺寸，减小t，当模拟球环段(31)的内壁尺寸大于所述球环段(11)的相应位置尺寸，增大t，直到球环段(11)内、外壁尺寸分别位于模拟球环段(31)的相应位置尺寸范围内；当模拟直筒段(32)与模拟球环段(31)结合处的内壁尺寸，或者模拟直筒段(32)的内壁尺寸大于球环过渡异型筒体(1)的相应位置尺寸，减小a，当模拟直筒段(32)与模拟球环段(31)结合处的外壁尺寸，或者模拟直筒段(32)的外壁尺寸小于球环过渡异型筒体(1)的相应位置尺寸，增大a；直到球...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙嫘，房鑫，
申请(专利权)人：二重集团德阳重型装备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51